空调系统如何在新能源电力系统中发挥柔性储能作用

　　摘要  　　

　　构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳中和目标的关键，这一新的系统构建需要“源储网荷”协同互动。空调系统是建筑等终端用户侧的重要用能负载，在新型电力系统构建过程中需要承担哪些新的任务？新型电力系统对空调系统有哪些新要求？空调系统能够发挥什么样的作用？这些问题均亟待解答。为此，本文从新型电力系统视角出发，对空调系统提出的新需求、需承担的新任务及空调系统能够发挥的作用等方面进行了探讨，空调系统在实现自身“源储荷”各环节转变的基础上，应当重视所能发挥的柔性用能作用，成为新型电力系统中的友好负载用户。本研究将为深入认识空调系统在新型电力系统中需做出的变革、可发挥的作用提供有益探索和参考。

　　

　　引言  　

　　构建以风电、光电（简称风光电）等新能源为主体的新型电力系统，是实现能源转型、“双碳”目标的关键。新型电力系统的建设需要在供需两端协同转变，一方面需要电力系统自身结构的转变来实现电力系统的零碳化，电力来源、电源分布、电网调控、储能资源等“源储网荷”涉及的诸多方面均会产生系统性变革；另一方面，要求终端能源消费领域的电气化、再电气化，并协助完成电力系统供需匹配调节等重要任务，如建筑、交通、工业等各终端领域都纷纷提出了相应的电气化转型路径来作为其实现终端领域碳中和的重要途径，柔性建筑、车网互动等新兴研究领域也致力于通过终端侧的有效调节来促进电力系统的供需协同。

　　

　　建筑领域是电力系统重要的终端用户，也是实现“双碳”目标的关键部门。传统建筑能源系统多关注如何更好地满足建筑自身用能需求，面向建筑低碳发展需求需要寻求新的解决方案。有研究对碳中和目标下建筑能源系统的革新提出了发展方向，认为应当在建筑节能的目标基础上面向建筑低碳的目标寻求适宜的解决方案，除降低需求、提高效率的常见节能手段之外，应当进一步在充分利用建筑自身可再生能源、发挥建筑能源系统的柔性作用来使其成为新型电力系统中的柔性、灵活可调用户等方面提出合理的技术路径。

　　

　　空调系统是重要的终端用能环节，也是建筑领域实现“双碳”目标、协助完成新型电力系统调节任务的三大关键领域之一（如图1所示）。面向“双碳”目标提出的新要求，已有研究者对空调系统如何适应“双碳”目标的要求开展了深入探讨，讨论了降低空调运行碳排放的主要原则，指出应从降低空调系统负荷，提高设备系统能效，制订与完善空调碳计算、评估规范与机制等方面着手。也有研究指出了在终端电气化、再电气化推动下，热泵对空调系统碳减排可发挥的重要作用，这点已得到各方共识，热泵已成为工业、民用领域电气化替代的重要手段，各类适宜空调系统应用的热泵设备已得到广泛关注和开发。

　　图1示出了未来新型电力系统与空调系统的结构。面向新型电力系统的构建目标，空调系统需进一步思考其在整个新型电力系统中的定位、角色。如何将空调系统的发展与新型电力系统的构建需求相融合，更好地促进终端能源用能方式转变与能源供给侧结构变革之间的协同，如何在满足基本功能的基础上更好地发挥空调系统作为终端可调资源的潜力，是值得深入研究的问题。为此，本文将针对新型电力系统构建需求下对空调系统提出的新要求、如何更好地发挥空调系统的作用来促进新型电力系统建设等问题进行探讨，为促进“双碳”目标下空调系统的合理构建、合理设计运行等提供参考。

　　

　　01、新型电力系统对空调系统的新要求　　

　　1.1、新型电力系统构建需求　　

　　新型电力系统是面向“双碳”目标与能源革命需要构建的电力系统，是依靠风光电、水电、核电、生物质发电等新能源电力为主体，火电等传统电力作为补充的电力系统，是破解能源“不可能三角”（同时实现能源安全、经济、绿色目标）的关键。

　　

　　充分利用可再生能源、实现能源可持续是驱动新型电力系统构建的关键内生动力，这一过程需要整个电力系统的供给侧与需求侧均做出变革，并且应协同变革。从需求侧来看，不能再依赖化石燃料，而应当从利用可再生能源的角度出发充分解决自身需求，促使其用能结构由化石燃料转向电气化；供给侧也不再以化石燃料为主，而是转变供给侧结构，转向以风光电等可再生能源为主体的供给。未来碳中和时期将由风光电等可再生电力占主导，其装机容量可达电力系统总装机容量的约80%，相应地由风光电提供的发电量则可占到总发电量的约60%。

　　

　　新型电力系统不单单意味着电源结构的改变，也并非简单地将原有的火电等化石电源替换为风光电等可再生电力，而是整个电力系统的全面变革，“源储网荷”各个方面都需要适应新型电力系统的发展要求（如图2所示）。

　　1） 在电源侧，新型电力系统将以风光电等可再生电力为主体，电源结构发生改变，数量由有限向海量转变，分布特征由集中向集中与分散并存发展，现有的火电等基础性电力将转变为未来的调峰电力；风光电为主力的电源结构下对与风光电波动性相适应的灵活电源需求日益增长，各类储能资源、灵活性调节资源成为关键。

　　

　　2） 在负荷侧，全面电气化一方面会带来终端用电需求的进一步增长，另一方面终端将由单纯负载转变为集分布式发电、终端用电和调蓄于一体的复合体，负荷侧有望从刚性变为具有一定调节能力的柔性终端。要发挥好建筑、电动汽车等电力终端用户的作用，使得终端用户能够参与到与电力系统供给间的互动中来，降低新型电力系统中对储能容量的要求，更好地满足系统对灵活性调节资源的需求，助力解决电力系统供需不匹配问题，促进电力系统由传统的“源随荷动”转变为“荷随源动”，实现供需匹配。

　　

　　3） 在储能侧，要统筹规划好电力系统中可用的储能资源，既包含电源侧、电网侧的储能资源，又可挖掘用户侧具有的储能或等效储能资源，并应对未来电力系统中各处储能资源开展协调利用、协同起来发挥作用。电源侧的储能主要是用于应对风光电等可再生电力的波动性出力问题，电网侧可调度的抽水蓄能、集中电池储能等手段将成为支持电网系统稳定运行的重要手段，用户侧的分布式储能或等效储能资源则可广泛调度起来实现用户侧柔性用电，促进“荷随源动”。充分调动这些集中储能、分布式储能的能力来解决电力系统源、荷之间的不匹配问题。

　　

　　4） 在电网侧，新型电力系统将呈现集中式大电网与分布式电网并存的格局。电网的职责发生转变，由全力保障供电、满足终端用电需求，转变为调动系统中的电源侧、储能侧、用户侧等来实现协同，共同完成电力系统的平衡、调节等任务。用户侧配电网将接入建筑、电动汽车等用户侧资源，用户侧更好地协同起来，参与与外部电力系统间的互动，而用户侧具有的灵活调节能力也将使得配电网更容易实现就地平衡。

　　

　　1.2、对空调系统的新要求　　

　　面对前面提及的新型电力系统构建所面临的新需求，需要多方面的协同，不单单是电源侧、电网侧的转变，而是要引导电力系统各环节全面地参与、促进新型电力系统的建成。负荷侧（用户侧）要主动转变，开发自身分布式可再生能源，并使得自身具备柔性用电能力，为向“荷随源动”的转变提供支撑。

　　

　　建筑是重要的终端用户，在未来电力系统中将集成具有自身光伏等可再生能源生产、消费、调蓄多重功能，从单纯负载变为灵活性可调节负载。建筑侧具有的灵活性、等效储能资源可主要包含空调系统（包含建筑本体）、电器设备及储能电池（包含电动汽车可发挥的等效电池储能功能）三大类。

　　

　　从建筑自身来看，空调系统是满足建筑功能需求的重要组成，在满足空调需求的基础上，空调系统主要性能提升路径包括降低冷热负荷需求、提高系统能效、优化运行满足变负荷和全工况需求等，以实现建筑空调系统的节能高效等目标。当空调系统作为新型电力系统中的重要用户时，除了上述从建筑节能角度出发的技术路径，还应当把空调系统放到整个电力系统的视角下进一步思考其定位和可发挥的作用（如图3所示）。

　　结合新型电力系统的构建需求，空调系统需发挥的作用或需进一步作出的改变主要包括以下几个方面。

　　

　　1） 需要空调系统在源侧主动改变用能结构。在源侧，需要供暖空调系统的冷热源加快转变为以电力为主驱动的冷热源形式。除了北方集中供暖系统的热源寻求各类余热资源进行低碳化替代外，供暖空调系统中其余冷热源方式均有望实现电气化替代，例如当前部分仍以化石燃料驱动的制冷方式，就面临电气化替代的需求。热泵方式已成为终端脱碳降碳的重要技术手段，各类应用场景下的热泵设备也得到广泛开发，例如供暖领域的空气源热泵、工业/医院特殊场合需求的蒸汽热泵等新型热泵设备已成为此类场景下电气化、降低其直接碳排放的重要支撑。

　　

　　2） 需要空调系统具备一定的储能调节能力。空调系统是终端用能的重要组成，其具有的储能或等效储能能力是实现电力系统终端用户可调节的重要基础。空调系统各环节，包括冷热源侧（冷热源机组）、输配侧（风机、水泵）、末端侧等，均可具有一定的储能能力（将在第3章深入讨论）。空调系统的储能或等效储能能力，既包含建筑本体围护结构等带来的热惯性，也包括末端环境控制参数可在一定范围内波动变化带来的调节潜力，例如夏季建筑空调室温通常可在26 ℃±2 ℃范围内波动，实际上就为电力系统灵活性调节、功率调节等提供了很好的等效储能裕度。 

　　

　　3） 需要空调系统辅助消纳风光电等可再生电力。既包括消纳建筑自身的光电等可再生电力，也包括辅助电力系统来消纳外部风光电等可再生电力。在消纳建筑自身光电方面，从负荷特征来看，空调负荷与室外气候间关联性强，光伏空调、光储空（光伏+空调+储能联合）等系统形式对于空调系统从自身出发来利用建筑自身光伏能源具有一定优势，一些建筑中也单独设置光伏热泵来满足冬季供暖需求；但需要注意的是，供暖空调仅在空调季节发挥作用，所配置的光伏需在非空调季寻求合理的应用方式，减少不必要的弃光。以火电为主力的电力系统通过供给侧的确定性来应对负荷侧的随机性、不确定性；而风光电有显著波动性，这就使得储能、调节变得极其重要。空调系统具有一定的可调节性，有望通过自身的储能如蓄冷、蓄热或等效储能能力来实现一定程度上的用能确定性，从而配合消纳外部电力系统中的风光电电力，减少对电力系统另设储能的需求。

　　

　　4） 需要空调系统能够适应电力调节需求。电力系统供给侧转变为以风光电等可再生能源为主，源侧呈现更多波动性特征，需要荷侧能够更好地匹配源侧变化。当前电力系统中的需求侧响应、虚拟电厂、电力交易等也越来越重视与用户侧的友好互动。空调是终端重要的可调节资源，例如空调负荷是夏季电力高峰的重要成因，削减空调尖峰用电对夏季电力负荷峰谷调节具有重要作用，常规空调系统中已有冰蓄冷、水蓄冷等方式适应电力系统的峰谷电价调节机制；北方冬季夜间风电出力高峰时需要有效的消纳手段，而空气源热泵供暖方式则有望配合电力系统在夜间消纳多余风电，并可充分利用建筑的热惯性来满足全天供暖需求，这种方式也有望成为电力系统调节的有效终端手段。一方面空调系统需要进一步挖掘自身的潜力来适应电力系统的调节需求，另一方面也需要未来新型电力系统能够在调节指令上更好地引导空调系统参与到电力系统调节中。

　　

　　02、电力系统与空调系统的异与同

　　

　　空调系统与电力系统都是系统，都是为了满足终端对于电力、冷热等的需求，两者之间具有一定的相似性，也具有一定的差异。从系统组成与环节构成来看，两者均包含从供给侧到需求侧的多个环节，电力系统常用的“发、输、配、用”与空调系统中的冷热源、输配、末端等环节实质上相对应；电力系统常说的“源、网、荷、储”多个环节，也可与空调系统中的冷热源、输配管网、末端负荷、空调系统中的储能（如蓄冷、蓄热）等环节分别对应，如图4所示。    

　　与空调系统相比，电力系统是更庞大、更复杂的系统，传统的电力系统中利用有限个电源（如火电厂）应对海量用户的电力需求，输配电网可覆盖非常广袤的地域范围，供给侧与需求侧之间的距离可达数百上千km，海量用户的电力需求通过电力系统的集中调控来满足，电网承担着对电源集中统一调度、实时满足用户电力需求等重要任务，电力系统对稳定运行、安全可靠等的要求极高，对应的终端用户一般也具有很高的保障度，电力保障要求更高的用户还会考虑设置备用发电机组或蓄电池（如数据中心）等方式来进一步提高用电的可靠性和安全冗余。

　　

　　与电力系统相比，空调系统更多是就近解决冷热需求和供应问题，并利用外部输入的电力等驱动能源来制备热量或提供热量搬运的动力（如供冷实质上是热量的搬运）。除了集中供热系统在更大尺度如城市级解决热力供需问题外，空调系统更多是针对单个房间、单个建筑或者单个区域的冷热供应系统，通过有限个冷热源机组来应对末端有限个用户的冷热需求，例如分体机为一个冷热源对应一个末端房间需求，一座建筑的空调系统通常利用几台冷水机组来满足末端数百或数千个房间的需求，源与荷之间的输配距离通常在数m到数km，某种程度上更类似于孤网型电力系统。空调系统对末端的保障度要求一般不会非常严苛，除了一些热环境控制参数严苛的场合如洁净室需严格保证在允许的温湿度范围外，常见的建筑热环境控制参数保障度要远低于电力系统的实时功率平衡的高保障度要求。

　　

　　在新型电力系统建设需求下，电力系统与空调系统的异同产生了新的变化。新型电力系统不止是电源侧结构转变，还带来了电源分布特征、终端侧职能的转变，终端用户将兼具“源储网荷”的多重特征，分布式光伏成为重要的分布式电源，用户侧分布式储能或等效储能也使得用户侧具有了电力储存、调蓄的功能，如图5所示。

　　新型电力系统这种集中式与分布式并存的转变，与空调系统集中与分散相结合的系统方式也存在一定类似，例如在一些建筑或区域建筑中，其空调系统既包含集中冷热源机组，也包含靠近末端的独立热泵机组或直膨机组等分散式冷热源机组，整体呈现出一种集中与分散相结合的形式。空调系统的调节也可借由集中式机组和末端分布式的处理机组来共同完成。

　　

　　电力系统、空调系统两者均严格遵循能量守恒定律，但实时能量平衡关系则会在新型电力系统发展趋势下发生变化。传统的电力系统是实时能量平衡，终端并不具有储能能力；而空调系统所服务的末端通常具有一定惯性，供给与需求间并不需要严格的实时平衡。例如末端房间对热环境控制具有一定惯性、柔性，室内温湿度参数可在一定范围内波动，供暖供冷时可利用房间热惯性实现能量的错峰、转移。空调系统供给侧与末端需求侧之间并不需要实时平衡，而是可容忍一定的末端参数波动、可接受一定程度的柔性调节。

　　

　　原有的电力系统终端用户无惯性，必须保证供需实时平衡，更重要的是系统中需要保证一定的转动惯量来满足调节需求；未来的新型电力系统，为了更好地适应风光电的波动特征而大幅增加了对储能、灵活调节的需求，当供给侧、电网侧、末端用户侧均可能具有一定规模的储能能力时，就具有了一定的惯性，不再需要供需实时平衡，而是可以有一定的供需不平衡，通过储能手段、柔性调节来解决供需间的实时平衡问题。

　　

　　因而，电力系统与空调系统均是包含“源储网荷”多环节、致力于实现供需关系匹配的系统，两者间的相似和差异可从以下层面来认识（如图6所示）。

　　1） 从服务保障对象来看，电力系统负荷侧包含海量用户，对负荷侧用户的保障度要求高，需要实时功率平衡；未来新型电力系统发展趋势下，终端用户可具备一定的储能能力，有助于辅助实现系统供需匹配调节。而空调系统多是应对有限个末端的环境控制需求，通常允许一定的末端保障参数变化，为其自身的柔性调节提供了一定的裕度。

　　

　　2） 从安全稳定运行来看，电力系统保证安全稳定运行的要求极高，高可靠性、高保障度要求是电力系统的重要任务，新型电力系统呈现高比例可再生能源、高比例电力电子器件的双高特征，对系统稳定运行提出了新要求。空调系统对稳定运行、保障度的要求远低于电力系统，空调末端的可调节特点为系统提供了很好的调节缓冲裕量。

　　

　　3） 从平衡调节来看，传统的电力系统通过对有限个电源的集中统一调度应对海量用户的不确定性需求，发电用电实时平衡、对系统转动惯量要求高；新型电力系统中电源结构比例、分布特点发生改变，电力系统集中供给与分布式微电网共存，系统缺少转动惯量，需要各环节储能和灵活调节资源补充，终端用户成为可调型负载来适应新型电力系统的供需关系变化，终端侧具有一定惯性，系统不再需要严格的实时平衡。这一变化与空调系统中集中与分散相结合的系统模式相近，并利用末端的可调节特征来更好地实现整个空调系统的供需关系调节。

　　

　　03、空调系统可发挥的作用　　

　　基于上述新型电力系统的构建需求及对空调系统提出的新要求，需重新审视空调系统可发挥的作用，以便更好地认识空调系统在新型电力系统中的定位和系统设计、运行模式。

　　

　　3.1空调系统各环节可利用的储能调蓄资源　　

　　空调系统在末端侧、源侧等各环节均具有一定的可调能力，有望成为新型电力系统中重要的终端调蓄资源，需要从其具有的可调资源、调节能力等方面进行刻画。空调系统中可利用的储能、蓄能手段或方式如图7所示，各环节具有的储能或等效储能资源、柔性调节能力主要包括以下方面。

　　1） 在冷热源侧，蓄冷蓄热是常见的储能方式，主要包括水蓄冷蓄热、冰蓄冷等，在很多建筑中得到了很好应用。这种建筑侧自发的蓄冷蓄热方式，多是为了响应电网侧的峰谷电价来获得自身较好的经济性，所配置的蓄能容量也多根据降低峰值负荷的比例、依照峰谷电价差获得的运行收益等因素来综合确定。与蓄电池方式（当前约1元/（W·h）甚至更高，未来有一定降低空间）相比，蓄冷方式在单位等效蓄存电量的投资成本上明显较低（约0.1元/（W·h）），因而尽管蓄冷只能作为冷量蓄存手段（消耗电量释放冷量），不能像蓄电池一样实现蓄电放电，但其依然具有较好的经济性优势，是空调系统中冷热源侧进行储能、实现系统柔性响应的最重要手段。

　　

　　2） 在输配系统侧，对于远距离输送冷热水的管道，有研究分析了其具有的蓄能能力，其实质是利用管道中蓄存的冷热水来实现一定的蓄能效果。输配系统的风机、水泵可变频运行，是实现柔性用能的有效手段。已有研究提出在风机、水泵变频运行时导致输送至末端的冷量变化也可使得末端环境参数维持在一定范围内，例如水泵频率由50Hz降至40、30Hz时，尽管水量减小，但供给冷量的降低幅度要显著低于功率的降低幅度；风机盘管等末端降低风机运行频率所导致的冷量降低幅度也要显著低于功率降低幅度，这也就为通过调节风机、水泵的运行频率来实现输配能耗的柔性调节提供了重要基础。但这一输配系统的柔性调节能力需要与末端环境参数的保障需求相结合，在满足末端环境参数控制需求、在其可允许的调节范围内考虑调节风机、水泵的运行功率来实现柔性用能。

　　

　　3） 在末端侧，既包含末端空气处理机组中的各类风机，可通过风机的变频运行来实现柔性用能，也包含根据室内环境控制参数的可调节范围来实现一定程度的柔性用能调节。在室内环境控制参数层面，空调系统（包含新风处理环节）对应的室内环境参数通常为温湿度、CO2浓度，系统设计中多考虑根据确定的设定指标进行负荷计算、设备选型，例如设计中温度按照26℃计算，相对湿度按照60%取值，新风量指标以CO2体积分数1000×10-6为控制标准选取（如图8所示）。而实际上，空调系统所服务的末端环境参数均可在一定范围内变化，例如实际中室内温度可在26℃±2℃甚至更大的范围内变化，相对湿度则可在60%±10%左右的范围内变化；只有一些对室内温湿度要求严苛的场合，如洁净室，其温湿度的波动幅度才在±1℃、±5%的水平；室内CO2体积分数也可在一定范围内波动，并非要求恒定在1000×10-6。这样，实际上室内环境控制参数的可变动特征就带来了一定的等效蓄能储能能力。在一些利用空调系统开展的用户侧需求响应调节中，通过设置室内温度达到控制上限、甚至短时间关闭空调系统维持室内温度在一定范围内等方式，可以获得很好的短时功率响应能力。此外，当空调系统中对应多个不同的末端房间时，不同房间的温湿度也会存在一定差异，并非所有房间均保持在同一温度，这种不同房间、不同末端受控环境之间的非均匀参数分布，也会带来一定的可调节空间。冷热源机组的运行，亦可根据末端环境参数的可调节性来实现柔性用能，例如对机场航站楼的模拟计算表明，这类场合存在多区域末端、多区域的室内温度可调节范围，为集中冷源供冷提供了可观的调节能力，通过提前供冷、错峰供冷等方式可实现20%左右的峰值负荷柔性调节和小时级的能量迁移，相当于获得了很大的蓄能能力。

　　4） 新风处理过程是否具有柔性调节能力？除了上述温湿度控制参数带来的等效调节能力，新风处理是空调系统中重要的负荷来源和能耗构成，这一过程是否也具有一定的储能能力或调节潜力呢？从新风处理过程的保障目标来看，室内允许的CO2体积分数实质上也可在一定范围内波动，例如（800~1 200）×10-6，新风的供给可以结合这一保证目标的灵活性来实现柔性供应，在一定时间内也可以实现新风供给过程的柔性调节。例如在保障末端环境CO2浓度水平的基础上，一些空调系统中已采用新风机组间歇运行的模式，而这一运行模式也可以与柔性用能的需求相适应，考虑柔性用能的指令来进一步调节新风机组的运行模式，使得新风负荷能够在保障末端CO2浓度控制水平的基础上也成为一种可调节的柔性负荷。

　　

　　5） 建筑本体/围护结构也是具有一定蓄能效果的重要环节，与空调系统结合能够发挥一定的等效储能效果，通过被动方式与主动系统结合来增加建筑的柔性用能能力。提前供冷、预冷或预热等方式即是通过充分发挥围护结构的蓄能作用来实现用能的柔性调节，例如混凝土型辐射地板，可利用其热惯性实现小时级的热量转移、蓄存释放；利用热泵方式消纳夜间风电的研究，也是利用供暖过程的围护结构热惯性来有效应对电力系统的峰谷调节需求。

　　

　　3.2空调系统可发挥的等效储能能力　　

　　以等效电池刻画方法为基础，对空调系统中可利用的储能资源也可定义出其具有的等效功率（包含等效充电功率和等效放电功率）、储能容量、调节时间T等，来描述其在新型电力系统中的可调节特征，常见的供冷供暖工况下空调系统的可调节特征如图9所示。

　　1） 在供冷工况下，空调系统的等效充放电功率、储能容量与系统规模、是否设置蓄冷等密切相关（如图9a所示）。以安装分体机的单个房间为例，其功率调节能力仅在0.1~1.0kW量级，调节响应时间多在10 min级别；多联式空调机组的功率调节能力较大，可在1~10kW量级，调节响应时间与分体空调相似；集中空调系统则可实现更大的功率调节能力，大型建筑设置的集中空调系统规模大，通过有效的调节（利用末端环境参数的可调性、建筑本体的蓄冷能力等）可应对电力需求响应下的用户侧功率调节指令，实现半小时至小时时间尺度上的能量转移调节；集中空调系统设置蓄冷方式后可以实现更长的小时时间尺度上的调节功率、时间响应，例如设置水蓄冷、冰蓄冷的空调系统，其等效充电功率可达MW级别，对应的等效储能容量亦可达MW·h级别，蓄冷空调系统可实现数小时尺度上的电力调节响应。

　　

　　2） 在供暖工况下，不同供暖空调系统体现出的可调节能力也有显著差别（如图9b所示），其调节特征主要受到建筑本体蓄热能力、系统中供暖末端方式及是否设置蓄热手段等因素的影响。不同供暖末端方式对其等效储能能力有显著影响：采用热风方式的供暖末端，通常等效的功率调节时间仅在10~30min左右；采用散热器供暖末端方式的系统，其对应的功率调节响应时间可在小时尺度；辐射地板供暖的系统（混凝土型）、采用TABS（thermally activated building system）系统的方式可达数小时至10 h尺度的调节响应时间。一些设置蓄热的供暖空调系统，利用其热源侧具有的蓄能能力，可发挥数小时级的调节响应能力。

　　

　　这样，不同方式的空调系统可整体上视为某种具有能量蓄存和释放能力的等效电池，更便于从电力系统调节需求角度来认识空调系统的可调节特征。

　　

　　3.3应对新要求——从系统设计到运行使用模式　　

　　空调系统各部分能源需求如何有效与柔性用能目标相结合，在满足空调使用需求的基础上如何实现更好的柔性用能调节来适应电力系统的调节需求，仍是亟待深入研究的问题。

　　

　　1） 在任务目标上，面对新型电力系统的建设需求，空调系统应主动转变成为电力系统中的友好用户，充分发挥自身可利用的柔性调节资源，实现终端用户侧的柔性用能，以自身用能的更加确定性来应对新型电力系统下供给侧的不确定性。传统的空调系统以保障末端环境控制参数需求、实现系统节能高效运行等为目标，当综合考虑实现柔性用能的目标时，空调系统需要在完成基本保障任务的基础上再考虑其可调节能力和柔性用能潜力，将柔性用能、降低用能碳排放等作为新的目标纳入系统设计、运行中，实现多目标下的系统合理构建和运行。

　　

　　2） 在系统设计上，除了保障系统基本功能外，也应当充分考虑系统可发挥的柔性调节作用来配置合理的储能容量、负荷灵活性调节措施。例如冰蓄冷、水蓄冷等方式在选取系统合理容量时，是根据峰谷电价、空调负荷特点来综合考虑适宜的蓄存容量，而当从作为新型电力系统中有效的调蓄手段出发时，蓄冷容量应如何选取？所对应的目标可能就变为充分消纳建筑自身的分布式光伏、更好地消纳外部风光电等可再生电力，设计中的容量选取也应当结合上述目标来作为重要出发点，通过蓄冷手段来作为末端空调负荷需求与电力系统供给波动特点之间的解耦手段。

　　

　　3） 在运行使用模式上，原有的运行使用模式多从保障末端热环境控制需求、提高空调系统能效水平及降低空调能耗等方面出发，而当将空调系统作为整个电力系统中的重要环节时，其运行使用模式也应当做出适应性调整。例如，室内温湿度的控制可以与柔性用电的需求相结合，通过多区域温度控制的柔性响应来获得一定的柔性用能效果；新风供给过程可以与室内CO2浓度的变化紧密结合，也可根据柔性用能的需求来实现柔性调节、间歇化运行；协调空调系统中的冷热源、输配水泵风机、各类末端处理机组等共同实现柔性用能的效果，还需要适宜的运行策略支持。

　　

　　以空调系统中常见的冰蓄冷、水蓄冷系统为例，从空调系统视角出发和从新型电力系统需求出发时，对其功能、作用有不一样的认识（如图10所示），当以成为电力系统柔性用户为目标时，蓄冷系统设计容量、系统配置、运行模式等均会产生变化。在容量设计、系统配置上，需要以反映电力系统供给侧波动特点的指标（可为峰谷电价、碳排放因子等指标）为依据来确定合理的蓄冷容量，例如当消纳多余的日间光电时，可将夜间的负荷转移至日间进行蓄冷、消纳多余光电，此时转变为根据夜间空调负荷需求来确定蓄冷容量。系统运行模式上也会发生转变：在原有运行模式下，蓄冷系统的运行主要以适应峰谷电价为主，多在夜间蓄冷、日间释冷来应对日间电价高峰时段需求；在未来风光电为主的电力系统中，日间光伏等电力较多、需要空调系统及时消纳富余光电时，就可能需要在日间开启蓄冷、消纳自身或外部电网中多余的光伏电力，而此时通常正值空调系统中末端负荷的高峰，建筑自身空调负荷需求也较高，如何适应这种末端处于供冷高峰、外部风光电需要及时消纳的新需求？此时既要运行基载冷水机组为末端供冷，又要运行蓄冷冷水机组来蓄存冷量、消纳富余可再生电力，从而可以更充分发挥空调系统的柔性用电能力。

　　04、总结 　　

　　构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“双碳”目标的关键，这一过程需要推动“源储网荷”协同，需要充分发挥建筑等用户侧具有的储能能力、灵活调节能力。空调系统是建筑等用户侧最重要的储能手段、可调节能力之一，面向新型电力系统的构建需求，空调系统在满足自身功能需求的基础上，需要进一步思考其可发挥的作用：从新型电力系统对空调系统的新要求来看，空调系统需要在单纯满足末端需求、节能高效的目标基础上，进一步实现自身“源储荷”侧的适应性改变，在冷热源侧转变为以全面电气化为主的能源结构，在空调系统整体层面应当发挥各类空调系统的灵活性、柔性调节能力；从空调系统可在新型电力系统中发挥的作用来看，空调系统的末端侧、冷热源侧均可有望发挥可观的调节能力，在满足末端冷热调节需求的基础上，将空调系统的用电特征更好地与新型电力系统的供给侧特征相匹配，使得空调系统成为新型电力系统的友好型终端用户。

　　

　　新型电力系统的构建过程带来了电力供给侧的结构性变化，与之相适应的空调系统设计、运行模式等均会发生改变，也需要在构建新型电力系统过程中更好地协调利用终端侧的灵活性、柔性响应能力。目前相关研究与实践尚处于探索阶段，仍需在多方面开展持续深入研究：需要对空调系统中各环节的可调能力进一步挖掘，对其转换为灵活可调负载后的特征、在整个新型电力系统中的作用进一步深入认识，对空调系统在适应新型电力系统发展和调节需求下的系统设计方法、运行模式等提出更合理的解决方案，以便更好地发挥空调系统作为终端可调负载的重要作用、助力新型电力系统建设。